Martin zur Nedden, HU Berlin 1 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Kap 1, Intermezzo: Beispiele von hadronischen Kollisions- Experimenten D0 am Tevatron CDF am Tevatron Atlas am LHC CMS am LHC Ereignissbilder und Topologien Signaturen neuer Physik bei LHC Nachweiss von Teilchen

Martin zur Nedden, HU Berlin 2 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 FNAL / TEVATRON

Martin zur Nedden, HU Berlin 3 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Beschleuniger Tevatron 150 -> 1000 GeV main injector recycler 2 km Bunchabstand: 396 ns

Martin zur Nedden, HU Berlin 4 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Experiment CDF 2002

Martin zur Nedden, HU Berlin 5 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 D0-Experiment am Tevatron

Martin zur Nedden, HU Berlin 6 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Experiment D toroid

Martin zur Nedden, HU Berlin 7 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 D0 Ereignis: inneres Spurkammersystem m/GeV K s + - :

Martin zur Nedden, HU Berlin 8 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 D0-Ereignis: Jets im Kalorimeter elektro- magnetisch hadronisch

Martin zur Nedden, HU Berlin 9 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 D0-Ereignis: W-Boson (Neutino)

Martin zur Nedden, HU Berlin 10 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 D0-Ereignis: Z-Boson (Myonen)

Martin zur Nedden, HU Berlin 11 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Das Forschungszentrum CERN in Genf

Martin zur Nedden, HU Berlin 12 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 LHC: Das Instrument der Zukunft

Martin zur Nedden, HU Berlin 13 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 LHC superconducting magnets

Martin zur Nedden, HU Berlin 14 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Neue Physik beim LHC ? Supersymmetrische Teilchen: Chargino : (Partner des W) Neutralino : (Partner des Z, g) Smuon : (Partner des Muons)

Martin zur Nedden, HU Berlin 15 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Neue Physik beim LHC ? Higgs boson:

Martin zur Nedden, HU Berlin 16 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 electron selectron quark squark photon photino vereinigt Bosonen mit Fermionen Kraft mit Materie FermionBosonBosonFermion Neue Physik beim LHC?

Martin zur Nedden, HU Berlin 17 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Supersymmetrie: vereinigt Kräfte und liefert m Pl M X ~ GeV p ~ a M X ~ GeV p ~ a einen Vereinigungs-Punkt bei M X = 2·10 16 GeV ! Proton-Lebensdauer > expt. Grenze leichtestes SUSY-Teilchen Dunkle Materie im Universum ! beseitigt mathemat. Inkonsistenzen in der Theorie Neue Physik am LHC?

Martin zur Nedden, HU Berlin 18 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Simulation der Evidenz eines Schwarzen Lochs mit M BH ~ 8 TeV bei ATLAS Minimale Wenn die Theorien der Extra-Dimensionen wahr sind, können Minimale Schwarze Löcher Schwarze Löcher bei LHC reichlich produziert und nachgewiesen werden. Aber keine Angst ! Sie zerfallen sofort harmlos …. Schwarze Löcher bei LHC?

Martin zur Nedden, HU Berlin 19 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Das ATLAS Experiment und der Beschleuniger LHC: Erforschung der energetischen Grenzen der Teilchenphysik auf der TeV Skala

Martin zur Nedden, HU Berlin 20 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Durchmesser25 m Barrel Toroid Länge26 m Gesamtlänge 46 m Totales Gewicht 7000 t Der Atlas Detektor hat unerreichte Größe….. ATLAS ist höher als das Bürogebäude mit 5 Stockwerken

Martin zur Nedden, HU Berlin 21 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Atlas-Experiment bei LHC

Martin zur Nedden, HU Berlin 22 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 ATLAS Länge : ~ 46 m Radius : ~ 12 m Gewicht : ~ 7000 tons ~ 10 8 Auslesekanäle ~ 3000 km Kabellänge Spurerkennung : -- hochauflösende Halbleiterdetektoren -- Übergangsstrahlungsdetektor (e/ Separation) Energiemessung: -- EM : Pb-LAr -- HAD: Fe/Szintillator (zentral), Cu/W-LAr (fwd) Myon Spektrometer: Toroide mit Myonkammern

Martin zur Nedden, HU Berlin 23 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 CMS-Experiment bei LHC

Martin zur Nedden, HU Berlin 24 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 CMS Detector

Martin zur Nedden, HU Berlin 25 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 H ZZ 4 e, Z mZmZ H g g t Z (*) Optimaler Kanal zur Entdeckung des Higgs-Teilchens bei LHC Zu erwartendes Higgs-Signal nach 1 Jahr Messen Physikalisches Beispiel: ein mögliches Higgs-Ereignis Simulation eines H ee Ereignisses in ATLAS

Martin zur Nedden, HU Berlin 26 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Higgs Ereignis in CMS

Martin zur Nedden, HU Berlin 27 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 LHC Entdeckungspotential Messzeit Massenbereich 1 Monat ~ 1.3 TeV 1 Jahr ~ 1.8 TeV 3 Jahre ~ 2.5 TeV Obergrenze ~ 3 TeV Supersymmetrische Teilchen und dunkle Materie Dieses Teilchen (Neutralino) ist ein guter Kandidat für die dunkle Materie im Universum Neutralinomassen bei LHC messbar Entdeckung von SUSY und Messung der Neutralinomasse am LHC kann das Problem der kalten dunklen Materie im Universum lösen.

Martin zur Nedden, HU Berlin 28 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Teilchennachweiss bei CMS

Martin zur Nedden, HU Berlin 29 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Higgs Ereigniss im CMS Spurkammersystem (r,φ)

Martin zur Nedden, HU Berlin 30 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Higgs Ereigniss im CMS Spurkammersystem (r,z)

Martin zur Nedden, HU Berlin 31 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Realistisches Ereginisbild (20 überlagerte Ereignisse)

Martin zur Nedden, HU Berlin 32 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Ereignisüberlagerung in z-Richtung

Martin zur Nedden, HU Berlin 33 Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007 Higgs Ereignis in CMS